【毕业设计】外文文献-便携式脉搏测试仪的设计

毕业设计（论文）外文文献译文及原文学生张波学号20110311101院（系）职业教育师范学院专业电子信息工程指导教师陈晓莉2015年06月02日压电传感器测定动脉脉搏波速度动脉脉搏波速度APWV是一个测量的弹性或刚度的外周动脉血管。这里指的脉冲将压力脉冲,而不是流脉冲多普勒超声测量。压力脉冲速度变化范围从12MS1到15MS1,而在正常动脉有速度范围,在7到9MS1。这个项目的目标是开发一种快速和易于使用的系统测定外周动脉脉搏波速度。测量仪的原理是基于同时测量两个脉冲波在两个不同的位置,比如桡动脉在手腕和上臂肱动脉略高于肘部。通过测定脉冲过境时间这些点之间和距离测量这两个地点,脉搏波速度可能会被计算。压力脉冲检测是通过使用两个压电传感器产生一个可测量的电压输出联系人如果他们是机械变形。变形产生电压是第一放大和过滤,然后用数据采集卡数字化。分析中获得的数据传感器包括一个过滤过程中,计算有三种不同的方法FOOTTOFOOTAPWVPEAKTOPEAKAPWV和CROSSCORRELATIONAPWV。与人类测试受试者广泛进行测量，以优化数据采集和分析的技术。例如，这是发现，最好的方法是采用弹性的地方按住传感器独自带。数据分析进行了升级与额外的软件模块，它删除，实际上，企业联合或无效的测量结果。与优化的系统，一系列涉及八个测试受试者年龄范围2232岁完成（所有血压正常）。动脉脉搏波确定的速度覆盖范围为6毫秒，1到12MS1，与小于25毫秒，1对于各个结果的平均标准偏差。这些都是略高，但接近出版APWV数据。结果表明，可重复的结果可以与现有的PWV采集和分析系统来获得。动脉脉搏波速度（APWV）的测量是用于其中一种方法测量生理变化的周围血管疾病。其他包括压力脉冲轮廓，动脉弹性，脉动流，复杂的血管阻抗和心脏的工作。已经有许多研究在过去的30年左右的时间与变化年龄和动脉疾病的进展，血管病变和扩张的基础上，动脉搏动（MALINDZAK和MEREDITH1970年，麦考马克的传播特性1981年，佩尔森等人2001年，拉姆齐1995，1998威尔金森）。他们只取得了部分成功从临床的观点来看，主要是由于在控制效果的难度的患者参数（自主神经系统，患者的运动，等等）。在早期，确定APWV的方法所涉及的直接侵入式测量在两个点处沿动脉段和测量所采取的时间的脉冲压力旅行的片段的长度的脉冲。这种调查必须限于动物，通常狗。MALINDZAK和MEREDITH（1970）进行了动脉的比较研究对麻醉犬通过记录管腔内压力测量脉搏波传导速度两个站点（近端和远端）沿腹主动脉轴。非侵入性的方法都包括血流多普勒（MCCORMACK1981）和组织多普勒（PERSSON的等人，2001），使用人类测试受试者的传感器。比较研究简称以上是必需的，因为脉冲速度测量换货投到签署，如果我着地修改，并不同于真实脉冲速度（TAPWV）由于流体的粘度，存在反射组件（从分叉，狭窄及周围血管床），并因改变动脉壁的弹性组合物。所有这些导致在改变脉动波的特性，这样，所测量的是一个明显的脉搏波传导速度（AAPWV）。真正的PWV是动脉压脉冲的速度在哪个压力波会在无限均质管（传播的长度比大得多波长）。为了可靠地预测动脉壁的弹性参数（刚性），这是基金梅子人重视动脉系统的机制的理解，依赖于得到真正的动脉脉搏波传导速度的精确测量。建模的外周动脉段作为薄壁各向同性的，不可压缩的管包含氮化铟镓不可压缩的，非粘性的流体，则PWV由MOENS的KORTWEG相关的壁弹性方程（MOENS的1878），C0（EH/2R（1）其中H是壁厚，R是管腔半径，E是壁的弹性模量，是的流体（血液）的密度。传感器技术用于这项工作涉及到压电效应在聚偏二氟乙烯PVDF,它产生一个输出电压响应机械压力对材料。三种测定动脉脉搏波速度的方法是FOOTTOFOOTAPWVPEAKTOPEAKAPWVANDCROSSCORRELATIONAPWV。FFAPWV和CCAPWV方法不敏感,压力波反射在分支等在动脉树,比如PPAPWV方法。平均值和标准偏差是这三种方法分别要计算并比较的。FOOTTOFOOTAPWVFFAPWV。这是基于压力脉冲波速度的“脚”,或前缘。脚的到达时间的脉冲波在两个位置沿动脉被记录。T是到达时间之差和S是两个记录位置近端和远端之间的距离,FFAPWV是FFAPWVS/T。PEAKTOPEAKAPWVPPAPWV。这是完全类似于FFAPWV，只是点的观测是脉冲波的两个近端和远端的山峰PPAPWVS/T。APPARENTPULSEWAVEVELOCITYAAPWV。压力波可以表示为一个傅里叶级数,PTP0PNNTNP0是流体压力,N是谐波数,PN是第N次谐波的振幅和相位角的N是第N次谐波。空间变化速度的阶段的一个谐波是沿着动脉基于两个同时压力测量距离S,与明显的动脉脉搏波速度AAPWV由以下方程表示,AAPWVNSNF360O/X1X2在AAPWVN是明显的脉搏波速度的第N次谐波,F是心率、X1是相角为近端谐波N和X2是相角为远端谐波N。CROSSCORRELATIONPWV。如果动脉脉冲在近端测量位置代表的压力时间序列PX1,T、远端位置PX2,T和互关联系数的X1,X2,然后有一个最大值将在某个时间滞后。相关函数可以表示为X1,X21/TPX1,PX2,DT。2/的价值的最大相关性发生代表时间差T的压力波从位置X1,X2位置沿动脉段。从分离距离和时间数据相关动脉脉搏波速度CCAPWVX2X1/T。在这个工作正常,年轻的测试对象被使用,而且它的主要目标优化测量程序和建立统计传播和观测到的PWVS平均值为一个特定的外周动脉段。在此基础上,它是计划利用系统在临床试验中涉及外周动脉疾病患者由于糖尿病、高血压等、前、中、后的治疗药物或手术。模拟和数字电路模拟电荷放大器。压电材料机械应力或应变转换成适当的电能,通过产生一个电荷当受到机械应力。电荷转换成电压通过一个运算放大器连接作为当前积分器,称为电荷放大器。信号输出的放大器是大约30MV。它增强了信号放大。模拟信号放大。这是通过使用一个反相放大器。因为一个直流信号出现在输出的电荷放大器、直流偏移切除是必要的,是实现反相求和下一阶段的模拟电路是一个低通滤波器来去除噪声干扰的50赫兹。数字控制的数据采集和分析。一个数据采集板DAQ时需要传感器信号需要用电脑连接。董事会包含12位加号和逐次逼近和自校准模拟到数字转换器ADC。ADC招致一个系统误差称为量化误差。这是由于有限的决议和模拟输入上限设定在55V,量化误差的A/D转换器在这里使用费用为0122MV。数据采集和分析是通过使用虚拟仪器一个强大的仪器和分析编程语言对个人电脑。数字数据采集程序。数据采集电路执行所有的必要的操作与虚拟仪器的数据采集。电路的功能初始化数据采集和读取的数据采集卡。这些数据是存储供以后使用的数据分析程序的一部分。虚拟仪器程序被称为虚拟仪器VIS,因为他们的外表和操作类似于测量仪器。一个虚拟仪器,被称为在另一个虚拟仪器是称为子虚拟仪器和类似于在基于文本的语言子程序。数据采集、分析和表示包含三个主要过程1数据采集卡的接口硬件到PC。2数据采集程序获取和存储数据在一个电子表格文件。3数据分析进行数字信号处理,计算和现在的结果脉搏波速计算1脉搏波速计算使用峰值检测。计算脉搏波速使用峰值，峰值的位置首先必须确定,以便运输时间的波形峰值之间可以确定。最好的方法就是微分峰值检测的曲线求积法。如果曲线的一阶导数为零,那么一个极端值可以存在要么一个峰值或一个转折点。有必要进行二阶导数在这一点如果这也是零,那么一个极端的价值存在。第二个脉搏波速测量仪是用来确定PWVCALC,使用时间是被测波峰间时间差。2与压力波仪脚检测。VI命名仪确定了。脚前缘脚的压力波在上游和下游位置。虚拟仪器命名PWVCALC再次用于计算测量仪两个前缘从时间之间的分离“FOOTTOFOOT”APWV或FFAPWV。3脉搏波速与互相关。脉搏波速的测定与互相关完成与VICALCPWV命名。VI是两个部分一个部分是初始化函数和一个部分为计算CCAPWV。在所有情况下脉搏波速值聚集在一个数组和均值、标准偏差和方差计算。传感器定位传感器位置获得一致的测量至关重要。一个螺丝机制是第一次使用的传感器应用到皮肤。但阅读是非常变量,所以这种技术取而代之的是由从传感器固定在皮肤弹性带。这导致更好的结果。臂位置是另一个关键特性的测量。两个位置,正常的和依赖,都进行了详细分析,使用一个测试主题。在正常位置,这个主题坐着手臂枕在一个表。所有测试主题数据均在这个位置。在相关位置,主体位于手臂垂直悬的。脉搏波速的价值观在这个位置上,小的差异是大得多,所以这技术被丢弃。一个校正模块,删除不正确的,是用来删除脉搏波速测量仪产生的值异常的信号,通常由臂运动引起的在测量。这些不现实的价值观被删除之前的值被传递给该脉搏波速分析虚拟仪器。PIEZOELECTRICSENSORDETERMINATIONOFARTERIALPULSEWAVEVELOCITYARTERIALPULSEWAVEVELOCITYAPWVISAMEASUREOFTHEELASTICITYORSTIFFNESSOFPERIPHERALARTERIALBLOODVESSELSTHEPULSEREFERREDTOHEREWILLBETHEPRESSUREPULSEASOPPOSEDTOTHEFLOWPULSEMEASUREDBYULTRASOUNDDOPPLERTHEPRESSUREPULSEVELOCITYVARIESOVERTHERANGEFROMABOUT12MS1TO15MS1INSTIFFPERIPHERALARTERIES,WHEREASINNORMALARTERIESITHASAVELOCITYINTHERANGEOF7TO9MS1THEAIMOFTHISPROJECTWASTHEDEVELOPMENTOFAFASTANDEASYTOUSESYSTEMFORTHEDETERMINATIONOFPERIPHERALARTERIALPULSEWAVEVELOCITYTHEPRINCIPLEOFTHEPWVMEASUREMENTISBASEDONSIMULTANEOUSMEASUREMENTOFTWOPULSEWAVESATTWODIFFERENTPOSITIONS,SUCHASTHERADIALARTERYATTHEWRISTANDTHEBRACHIALARTERYJUSTABOVETHEELBOWBYDETERMININGTHEPULSETRANSITTIMEBETWEENTHESEPOINTSANDTHEDISTANCEMEASUREDBETWEENTHETWOLOCATIONS,PULSEWAVEVELOCITYMAYTHENBECALCULATEDTHEPRESSUREPULSEDETECTIONISDONEBYUSINGTWOPIEZOELECTRICSENSORSWHICHGENERATEAMEASURABLEVOLTAGEATTHEOUTPUTCONTACTSIFTHEYAREMECHANICALLYDEFORMEDTHEDEFORMATIONPRODUCEDVOLTAGEISFIRSTAMPLIFIEDANDFILTEREDANDTHENDIGITALIZEDWITHADATAACQUISITIONCARDTHEANALYSISOFTHEDATAOBTAINEDFROMTHESENSORSINCLUDESAFILTERINGPROCESS,THECALCULATIONOFTHEPWVWITHTHREEDIFFERENTMETHODSFOOTTOFOOT,CROSSCORRELATIONANDPEAKTOPEAKANDTHEDETERMINATIONOFTHEARTERIALPULSERATEEXTENSIVEMEASUREMENTSWITHHUMANTESTSUBJECTSWERECARRIEDOUTTOOPTIMIZETHETECHNIQUESOFDATAACQUISITIONANDANALYSISFOREXAMPLE,ITWASFOUNDTHATTHEBESTPROCEDUREWASTOHOLDTHESENSORSINPLACEUSINGELASTICSTRAPSALONETHEDATAANALYSISWASUPGRADEDWITHANADDITIONALSOFTWAREMODULE,WHICHDELETES,INEFFECT,OUTRIDERSORINVALIDMEASUREMENTSWITHTHEOPTIMIZEDSYSTEM,ASERIESINVOLVINGEIGHTTESTSUBJECTSRANGINGINAGEFROM22TO32YEARSWASCOMPLETEDALLNORMOTENSIVETHEARTERIALPULSEWAVEVELOCITIESDETERMINEDCOVEREDARANGEFROM6MS1TO12MS1,WITHANAVERAGESTANDARDDEVIATIONOFLESSTHAN25MS1FORINDIVIDUALRESULTSTHESEARESLIGHTLYHIGHER,BUTCLOSETOPUBLISHEDAPWVDATATHERESULTSSHOWEDTHATREPRODUCIBLERESULTSCANBEOBTAINEDWITHTHEEXISTINGPWVACQUIREMENTANDANALYSISSYSTEMTHEMEASUREMENTOFARTERIALPULSEWAVEVELOCITYAPWVISONEOFTHEMETHODSUSEDTOMEASUREPHYSIOLOGICALCHANGESINPERIPHERALVASCULARDISEASEOTHERSINCLUDEPRESSUREPULSECONTOUR,ARTERIALELASTICITY,PULSATILEFLOW,COMPLEXVASCULARIMPEDANCEANDCARDIACWORKTHEREHAVEBEENMANYINVESTIGATIONSOVERTHEPAST30YEARSORSOTORELATECHANGESINAGEANDPROGRESSOFARTERIALDISEASE,TOVESSELPATHOLOGYANDDISTENSIBILITYBASEDONTHEPROPAGATIONCHARACTERISTICSOFTHEARTERIALPULSEMALINDZAKANDMEREDITH1970,MCCORMACK1981,PERSSONETAL2001,RAMSEY1995,WILKINSON1998THEYHAVEONLYBEENPARTIALLYSUCCESSFULFROMACLINICALPOINTOFVIEW,MAINLYDUETOTHEDIFFICULTYINCONTROLLINGTHEEFFECTSOFPATIENTPARAMETERSAUTONOMICSYSTEM,PATIENTMOVEMENT,ETCEARLYON,THEMETHODSOFDETERMININGAPWVINVOLVEDDIRECTINVASIVEMEASUREMENTOFTHEPULSEPRESSUREATTWOPOINTSALONGANARTERIALSEGMENTANDMEASURINGTHETIMETAKENFORTHEPULSETOTRAVELTHELENGTHOFTHESEGMENTSUCHINVESTIGATIONSHADTOBELIMITEDTOANIMALSUSUALLYDOGSTHESENSORTECHNIQUEUSEDINTHISWORKINVOLVESTHEPIEZOELECTRICEFFECTINPOLYVINYLLIDENEFLUORIDEPVDF,WHICHPRODUCESANOUTPUTVOLTAGEINRESPONSETOMECHANICALPRESSUREONTHEMATERIALTHREEMETHODSOFAPWVDETERMINATIONAREUSEDFOOTTOFOOTAPWVPEAKTOPEAKAPWVANDCROSSCORRELATIONAPWVTHEFFAPWVANDCCAPWVMETHODSARELESSSENSITIVETOPRESSUREWAVEREFLECTIONSATBIFURCATIONS,ETCINTHEARTERIALTREE,THANTHEPPAPWVMETHODMEANVALUESANDSTANDARDDEVIATIONSWERECOMPUTEDFORALLTHREEMETHODSANDCOMPAREDFOOTTOFOOTAPWVFFAPWVTHISISBASEDONTHEVELOCITYOFTHEFOOT,ORLEADINGEDGE,OFTHEPRESSUREPULSEWAVETHEARRIVALTIMESOFTHEFOOTOFTHEPULSEWAVEATTWOPOSITIONSALONGTHEARTERYARERECORDEDIFTISTHEDIFFERENCEINARRIVALTIMESANDSTHEDISTANCEBETWEENTHETWORECORDINGPOSITIONSPROXIMALANDDISTAL,THEFFAPWVISSIMPLYFFAPWVS/TPEAKTOPEAKAPWVPPAPWVTHISISCOMPLETELYANALOGOUSTOTHEFFAPWVEXCEPTTHATTHEPOINTSOFOBSERVATIONARETHETWOPROXIMALANDDISTALPEAKSOFTHEPULSEWAVEANDPPAPWVS/TAPPARENTPULSEWAVEVELOCITYAAPWVTHEPRESSUREWAVEMAYBEREPRESENTEDASAFOURIERSERIES,PTP0PNSINNTNKN1WHEREP0ISTHEMEANFLUIDPRESSURE,NISTHEHARMONICNUMBER,PNISTHEAMPLITUDEOFTHENTHHARMONICANDNISTHEPHASEANGLEOFTHENTHHARMONICTHESPATIALRATEOFCHANGEOFTHEPHASEFORONEHARMONICBASEDONTWOSIMULTANEOUSPRESSUREMEASUREMENTSSEPARATEDBYADISTANCE_SALONGANARTERY,ISRELATEDTOTHEAPPARENTARTERIALPULSEWAVEVELOCITYAAPWVBYTHEFOLLOWINGEQUATION,AAPWVNSNF360O/X1X2WHEREAAPWVNISTHEAPPARENTPULSEWAVEVELOCITYFORTHENTHHARMONIC,FISTHEHEARTRATE,X1ISTHEPHASEANGLEFORTHEPROXIMALHARMONICNANDX2ISTHEPHASEANGLEFORTHEDISTALHARMONICNCROSSCORRELATIONPWVIFTHEARTERIALPULSEATTHEPROXIMALMEASUREMENTPOSITIONISREPRESENTEDBYTHEPRESSURETIMESERIESPX1,TANDTHATATTHEDISTALPOSITIONBYPX2,TANDTHECROSSCORRELATIONCOEFFICIENTISX1,X2,THENWILLHAVEAMAXIMUMVALUEATSOMETIMELAGTHECORRELATIONFUNCTIONCANBEEXPRESSEDASX1,X21/TPX1,TPX2,TDT2/THEVALUEOFATWHICHMAXIMUMCORRELATIONOCCURSREPRESENTSTHETRANSITTIME_TOFTHEPRESSUREWAVEFROMPOSITIONX1TOPOSITIONX2ALONGTHEARTERIALSEGMENTFROMTHESEPARATIONDISTANCEANDTRANSITTIMEDATATHECORRELATIONARTERIALPULSEWAVEVELOCITYISCCAPWVX2X1/TINTHISWORKNORMAL,YOUNGTESTSUBJECTSWEREUSED,ANDITHASTHEPRIMARYOBJECTIVESOFOPTIMIZINGTHEMEASUREMENTPROCEDURESANDESTABLISHINGTHESTATISTICALSPREADANDMEANVALUESOFTHEOBSERVEDPWVSFORASPECIFICPERIPHERALARTERIALSEGMENTBASEDONTHIS,ITISPLANNEDTOUSETHESYSTEMINCLINICALTRIALSINVOLVINGPATIENTSWITHPERIPHERALARTERIALDISEASEDUETODIABETES,HYPERTENSION,ETC,PRE,DURINGANDPOSTTREATMENTPHARMACEUTICALORSURGICALANALOGUEANDDIGITALCIRCUITRYANALOGUECHARGEAMPLIFIERPIEZOELECTRICMATERIALSCONVERTMECHANICALSTRESSORSTRAININTOPROPORTIONATEELECTRICALENERGY,BYPRODUCINGACHARGEWHENSUBJECTEDTOMECHANICALSTRESSTHECHARGEISCONVERTEDTOAVOLTAGEBYANOPERATIONALAMPLIFIERCONNECTEDASACURRENTINTEGRATOR,CALLEDACHARGEAMPLIFIERTHESIGNALOUTPUTOFTHEAMPLIFIERISAPPROXIMATELY30MVITISAUGMENTEDBYSIGNALAMPLIFICATIONANALOGUESIGNALAMPLIFICATIONTHISISDONEBYUSEOFANINVERTINGAMPLIFIERBECAUSEADCSIGNALAPPEARSATTHEOUTPUTOFTHECHARGEAMPLIFIER,DCOFFSETREMOVALISESSENTIALANDISIMPLEMENTEDINTHEINVERTINGSUMMINGTHENEXTPHASEOFTHEANALOGUECIRCUITRYISALOWPASSFILTERTOREMOVETHE50HZNOISEINTERFERENCEDIGITALCONTROLLEDDATAACQUISITIONANDANALYSISADATAACQUISITIONBOARDDAQISREQUIREDWHENTHETRANSDUCERSIGNALSNEEDINTERFACINGWITHAPCTHEBOARDCONTAINS12BITPLUSSIGNANDASUCCESSIVEAPPROXIMATIONANDSELFCALIBRATINGANALOGUETODIGITALADCCONVERTERTHEADCINCURSASYSTEMATICERRORKNOWNASTHEQUANTIZATIONERRORITISDUETOLIMITEDRESOLUTIONANDWITHTHEANALOGUEINPUTLIMITSETAT5TO5V,THEQUANTIZATIONERROROFTHEA/DCONVERTERUSEDHEREWASCALCULATEDTOBE0122MVTHEDATAACQUISITIONANDANALYSISWASDONEUSINGLABVIEWAPOWERFULINSTRUMENTATIONANDANALYSISPROGRAMMINGLANGUAGEFORPCSDIGITALDATAACQUISITIONPROGRAMTHEDATAACQUISITIONCIRCUITPERFORMSALLTHENECESSARYOPERATIONSFORTHEDATAACQUISITIONWITHLABVIEWTHEFUNCTIONSOFTHECIRCUITINITIALIZETHEDATAACQUISITIONANDREADTHEDATAFROMTHEACQUISITIONCARDTHESEDATAARESTOREDFORLATERUSEINTHEDATAANALYSISPARTOFTHEPROGRAMLABVIEWPROGRAMSARECALLEDVIRTUALINSTRUMENTSVISBECAUSEOFTHEIRAPPEARANCEANDOPERATIONSAREANALOGOUSTOMEASURINGINSTRUMENTSAVITHATISCALLEDWITHINANOTHERVIISCALLEDASUBVIANDISANALOGOUSTOASUBROUTINEINTEXTBASEDLANGUAGESTHEDATAACQUISITION,ANALYSISANDPRESENTATIONARECOMPRISEDOFTHREEMAINPROCEDURES1DATAACQUISITIONCARDTOINTERFACETHEHARDWARETOTHEPC2DATAACQUISITIONPROGRAMTOACQUIREANDSTOREDATAINASPREADSHEETFILE3DATAANALYSISTOCARRYOUTDIGITALSIGNALPROCESSING,CALCULATEPWVANDPRESENTRESULTSPWVCALCULATION1PWVCALCULATIONUSINGPEAKDETECTIONTOCALCULATEPWVUSINGPEAKS,THELOCATIONOFTHEPEAKSMUSTFIRSTBEDETERMINED,SOTHATTHETRANSITTIMEOFTHEWAVEBETWEENTHEPEAKSCANBEDETERMINEDITWASFOUNDTHATTHEBESTMETHODOFPEAKDETECTIONISTHEDERIVATIVEOFTHECURVEMETHODIFTHEFIRSTDERIVATIVEOFACURVEISZERO,THENANEXTREMEVALUECANEXISTEITHERAPEAKORATURNINGPOINTITISNECESSARYTOTAKETHESECONDDERIVATIVEATTHISPOINTIFTHISISALSOZERO,THENANEXTREMEVALUEEXISTSTHESECONDVIUSEDTODETERMINETHEPWVISPWVCALC,USINGTHETIMESEPARATIONBETWEENTHELOCATEDPEAKS2PWVWITHPRESSUREWAVEFOOTDETECTIONTHEVINAMEDPWVFOOTDETERMINESTHELEADINGEDGEFOOTOFTHEPRESSUREWAVEATTHEUPSTRE